JP2007298496A - Microfluid system, microfluid chip, and sample analysis apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば生体試料の反応を検出するために用いられるマイクロ流体システム、マイクロ流体チップおよび試料分析装置に関する。 The present invention relates to a microfluidic system, a microfluidic chip and a sample analyzer used for detecting a reaction of a biological sample, for example.
ガラス基板等に微細流路が設けられたマイクロ流体チップを使用して、化学分析や化学合成、あるいはバイオ関連の分析を行う方法が注目されている。マイクロ流体チップは、マイクロＴＡＳ（Total Analytical System）や、Lab-on-a-chip等と呼ばれる、従来の装置に比較して試料の必要量が少ない、反応時間が短い、廃棄物が少ない等のメリットがある。このため、マイクロＴＡＳは、診断、環境および食品のオンサイト分析等、広い分野での利用が期待されている。 A method of performing chemical analysis, chemical synthesis, or bio-related analysis using a microfluidic chip in which a fine flow path is provided on a glass substrate or the like has attracted attention. Microfluidic chips are called micro TAS (Total Analytical System), Lab-on-a-chip, etc., which requires less sample than conventional devices, has a shorter reaction time, and has less waste. There are benefits. For this reason, micro TAS is expected to be used in a wide range of fields such as diagnosis, environment and on-site analysis of food.
マイクロ流体チップを用いた分析では、チップの微細流路内で試料溶液を混合して反応物質を反応させ、検出を行うため、当該微細流路に安定にかつ速度を制御して試料を送液する手段が必要であり、当該手段としてマイクロポンプやシリンジポンプなどが用いられている。 In the analysis using the microfluidic chip, the sample solution is mixed in the microchannel of the chip to react with the reactants, and detection is performed. Therefore, the sample is sent to the microchannel stably and at a controlled speed. Means to do this are necessary, and micropumps and syringe pumps are used as the means.
特許文献１には、ポンプとマイクロチップの微細流路とをバルブを介して接続し、送液の停止と送液を行う方法等が開示されている。
特許文献１に開示された方法では、マイクロチップ、バルブおよび送液ポンプが、キャピラリによって接続されている。これらの接続部は、シリコンチューブ等で接続する必要があるが、接続時に気泡が入ってしまい、試料溶液の流れが妨げられることがある。また、キャピラリの容積はデッドボリュームとなるので、反応時間に遅れが出るとともに、試料溶液の浪費が生じる。一方、キャピラリで接続すると装置全体が嵩高くなり、コンパクトな構成というマイクロ流体システムの利点が生かせないという問題もある。
また、チップ内の流路に種類の異なる試薬を順次送液するためのバルブや、多項目あるいは多検体を平行処理するためのポンプにも適切なものがなく、複雑な作業を強いられていた。
In the method disclosed in
In addition, neither a valve for sequentially feeding different types of reagents to the flow channels in the chip nor a pump for parallel processing of multiple items or multiple samples was required, which complicated complicated work. .
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な構成により送液される試料の選択、および当該試料の送液を実施することができるマイクロ流体システムおよび試料分析装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to select a sample to be fed with a simple configuration, and a microfluidic system and a sample analyzer that can carry out the feeding of the sample. Is to provide.
上記の目的を達成するため、本発明のマイクロ流体システムは、試料の操作が行われる流路を内部に有するマイクロ流体チップと、前記マイクロ流体チップに着脱可能に構成され、液滴を吐出することにより前記マイクロ流体チップの前記流路内に負圧を発生させて前記試料を送液するポンプユニットとを有し、前記マイクロ流体チップは、前記試料が供給される複数の試料収容部と、使用された前記試料を収容する１つの廃液収容部と、複数の前記試料収容部と前記廃液収容部とを繋ぐ前記流路と、前記試料収容部を選択的に開閉して、前記ポンプユニットにより送液される前記試料を選択する蓋部とを有する。 In order to achieve the above object, a microfluidic system of the present invention is configured to have a microfluidic chip having a flow path in which a sample is manipulated, and to be detachable from the microfluidic chip, and ejects droplets. A pump unit for generating a negative pressure in the flow path of the microfluidic chip and feeding the sample, and the microfluidic chip is used with a plurality of sample storage units to which the sample is supplied, One waste liquid storage section for storing the sample, the plurality of the sample storage sections and the waste liquid storage section, and the sample storage section are selectively opened and closed, and are sent by the pump unit. And a lid for selecting the sample to be liquidated.
上記の本発明では、ポンプユニットを動作させて液滴を吐出すると、廃液収容部、および廃液収容部に接続される流路が負圧となる。この結果、蓋部により覆われていない試料収容部中の試料は、流路を通って廃液収容部へと移動する。一方、蓋部により密閉されている試料収容部内の試料は流路へ移動しない。蓋部により、試料収容部内の液体を選択的に流路へ流すことができる。上記の試料とは、分析対象のみならず、分析に必要な他の洗浄液等を含む。流路の設計により、所望の操作が実現できる。操作とは、試料の混合、反応、分離、検出を含む物理的あるいは化学的操作と定義する。
本発明では、バルブを設けなくとも、蓋部の開閉により流路へ流す試料の選択が可能であることから、処理が簡便となる。
また、マイクロ流体チップとポンプユニットの間にキャピラリ等の部品を必要としないことから、気泡が入るという問題が生じにくくなる。また、別個の部品を設けないため、デッドボリュームが少なくなり、試料の量を少なくすることができる。
In the present invention described above, when the liquid droplets are discharged by operating the pump unit, the waste liquid storage section and the flow path connected to the waste liquid storage section become negative pressure. As a result, the sample in the sample storage unit that is not covered by the lid moves through the flow path to the waste liquid storage unit. On the other hand, the sample in the sample container sealed by the lid does not move to the flow path. The lid allows the liquid in the sample storage part to be selectively flowed to the flow path. The above sample includes not only the analysis target but also other cleaning liquids and the like necessary for the analysis. The desired operation can be realized by the design of the flow path. An operation is defined as a physical or chemical operation including sample mixing, reaction, separation, and detection.
In the present invention, it is possible to select a sample to be flowed to the flow path by opening and closing the lid portion without providing a valve, so that the processing becomes simple.
In addition, since a part such as a capillary is not required between the microfluidic chip and the pump unit, the problem of air bubbles is less likely to occur. Further, since no separate parts are provided, the dead volume is reduced and the amount of the sample can be reduced.
好ましくは、前記蓋部は、複数の前記試料収容部を覆っており、かつ、１つの前記試料収容部に対応する開口部を備え、前記蓋部をスライドまたは回転させて、前記開口部を前記試料収容部に重ねることにより、前記試料収容部が選択的に開閉される。これにより、蓋部をスライドまたは回転させるという単純な操作で特定の試料を流路に流すことができる。 Preferably, the lid portion covers a plurality of the sample storage portions, and includes an opening corresponding to one of the sample storage portions, and the lid portion is slid or rotated to open the opening portion. By overlapping the sample container, the sample container is selectively opened and closed. Thereby, a specific sample can be flowed to a flow path by simple operation of sliding or rotating a lid.
あるいは、前記蓋部は、各試料収容部に対応して複数設けられている。これにより、各蓋部の開閉を制御することにより、特定の試料を流路に流すことができる。 Or the said cover part is provided with two or more corresponding to each sample accommodating part. Thereby, a specific sample can be flowed to a flow path by controlling opening and closing of each cover part.
例えば、前記流路は、複数設けられており、各流路は、複数の前記試料収容部と１つの前記廃液収容部とを別々に繋いでいる。各流路の途中に、流路幅が他の部分よりも狭い絞り部がそれぞれ設けられている。この場合には、試料収容部に収容された各試料は、別々に化学的あるいは物理的操作が行われる。 For example, a plurality of the flow paths are provided, and each flow path separately connects a plurality of the sample storage units and one of the waste liquid storage units. In the middle of each channel, a narrowed portion having a channel width narrower than that of the other part is provided. In this case, each sample accommodated in the sample accommodating portion is separately subjected to chemical or physical operation.
例えば、前記流路は、各試料収容部に一端が繋がれた複数の枝路と、複数の前記枝路の他端と、前記廃液収容部とを接続する１本の本路とを有する。前記本路の途中に、流路幅が他の部分よりも狭い絞り部が設けられている。この場合には、各試料収容部の試料は、本路で混合される。 For example, the flow path includes a plurality of branches having one end connected to each sample storage section, the other ends of the plurality of branches, and a single main path connecting the waste liquid storage section. In the middle of the main path, a narrowed portion having a narrower channel width than other portions is provided. In this case, the sample in each sample container is mixed in the main path.
前記マイクロ流体チップは、光透過材料で形成されている。これにより、流路内で起こる反応を発光や蛍光などによって外部から容易に検出することができる。 The microfluidic chip is made of a light transmissive material. Thereby, the reaction occurring in the flow channel can be easily detected from the outside by light emission or fluorescence.
前記ポンプユニットは、前記廃液収容部に接続され、前記試料とは異なる液体を収容する液体収容部と、前記液体収容部内の前記液体を吐出する液滴吐出ヘッドとを有する。このような構成により、液滴吐出ヘッドを動作させると、液体収容部が負圧となる。この結果、液体収容部に接続されるマイクロチップの内部が負圧になる。 The pump unit includes a liquid storage unit that is connected to the waste liquid storage unit and stores a liquid different from the sample, and a droplet discharge head that discharges the liquid in the liquid storage unit. With such a configuration, when the droplet discharge head is operated, the liquid storage portion becomes negative pressure. As a result, the inside of the microchip connected to the liquid storage unit becomes negative pressure.
上記の目的を達成するため、本発明は、試料の操作が行われる流路を内部に有し、前記流路内に負圧を発生させて前記試料が送液されるマイクロ流体チップであって、前記試料が供給される複数の試料収容部と、使用された前記試料を収容する１つの廃液収容部と、複数の前記試料収容部と前記廃液収容部とを繋ぐ前記流路と、前記試料収容部を選択的に開閉して、送液される前記試料を選択する蓋部とを有する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a microfluidic chip having a flow path in which a sample is manipulated, and generating a negative pressure in the flow path to feed the sample. A plurality of sample storage units to which the sample is supplied, one waste liquid storage unit for storing the used sample, the flow path connecting the plurality of sample storage units and the waste liquid storage unit, and the sample A lid that selectively opens and closes the container and selects the sample to be fed.
上記の本発明のマイクロ流体チップでは、流路内が負圧となると、蓋部により覆われていない試料収容部中の試料は、流路を通って廃液収容部へと移動する。一方、蓋部により密閉されている試料収容部内の試料は流路へ移動しない。蓋部により、試料収容部内の液体を選択的に流路へ流すことができる。上記の試料とは、分析対象のみならず、分析に必要な他の洗浄液等を含む。流路の設計により、所望の操作が実現できる。操作とは、試料の混合、反応、分離、検出を含む物理的あるいは化学的操作と定義する。 In the microfluidic chip of the present invention described above, when the pressure in the flow path becomes negative, the sample in the sample storage section that is not covered by the lid moves through the flow path to the waste liquid storage section. On the other hand, the sample in the sample container sealed by the lid does not move to the flow path. The lid allows the liquid in the sample storage part to be selectively flowed to the flow path. The above sample includes not only the analysis target but also other cleaning liquids and the like necessary for the analysis. The desired operation can be realized by the design of the flow path. An operation is defined as a physical or chemical operation including sample mixing, reaction, separation, and detection.
上記の目的を達成するため、本発明の試料分析装置は、試料の操作が行われる流路を内部に有するマイクロ流体チップと、前記マイクロ流体チップに着脱可能に構成され、前記マイクロ流体チップの前記流路内に負圧を発生させて前記試料を送液するポンプユニットとを有するマイクロ流体システムと、前記マイクロ流体チップの内部で生じた反応を検出する検出系とを有し、前記マイクロ流体チップは、前記試料が供給される複数の試料収容部と、使用された前記試料を収容する１つの廃液収容部と、複数の前記試料収容部と前記廃液収容部とを繋ぐ前記流路と、前記試料収容部を選択的に開閉して、前記ポンプユニットにより送液される前記試料を選択する蓋部とを有する。 In order to achieve the above object, a sample analyzer of the present invention includes a microfluidic chip having a flow path in which a sample is operated, and a microfluidic chip that can be attached to and detached from the microfluidic chip. A microfluidic system having a pump unit for generating a negative pressure in a flow path and feeding the sample, and a detection system for detecting a reaction generated inside the microfluidic chip, Is a plurality of sample storage units to which the sample is supplied, one waste liquid storage unit for storing the used sample, the flow path connecting the plurality of sample storage units and the waste liquid storage unit, A lid that selectively opens and closes the sample container and selects the sample to be fed by the pump unit.
上記の本発明では、ポンプユニットを動作させて液滴を吐出すると、廃液収容部、および廃液収容部に接続される流路が負圧となる。この結果、蓋部により覆われていない試料収容部中の試料は、流路を通って廃液収容部へと移動する。一方、蓋部により密閉されている試料収容部内の試料は流路へ移動しない。蓋部により、試料収容部内の液体を選択的に流路へ流すことができる。上記の試料とは、分析対象のみならず、分析に必要な他の洗浄液等を含む。流路の設計により、所望の操作が実現できる。操作とは、試料の混合、反応、分離、検出を含む物理的あるいは化学的操作と定義する。試料の反応は、検出系により検出される。 In the present invention described above, when the liquid droplets are discharged by operating the pump unit, the waste liquid storage section and the flow path connected to the waste liquid storage section become negative pressure. As a result, the sample in the sample storage unit that is not covered by the lid moves through the flow path to the waste liquid storage unit. On the other hand, the sample in the sample container sealed by the lid does not move to the flow path. The lid allows the liquid in the sample storage part to be selectively flowed to the flow path. The above sample includes not only the analysis target but also other cleaning liquids and the like necessary for the analysis. The desired operation can be realized by the design of the flow path. An operation is defined as a physical or chemical operation including sample mixing, reaction, separation, and detection. The sample reaction is detected by a detection system.
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本実施例のマイクロ流体システムは、マイクロ流体チップおよびポンプユニットにより構成される。図１（ａ）はマイクロ流体チップ１の断面図であり、図１（ｂ）はポンプユニット２の断面図である。図２（ａ）および図２（ｂ）は、マイクロ流体チップ１の上面図である。
The microfluidic system of the present embodiment is configured by a microfluidic chip and a pump unit. FIG. 1A is a cross-sectional view of the
マイクロ流体チップとは、試料の操作が内部で行われるものである。操作には、試料の混合、反応、分離、検出等の物理的操作あるいは化学的操作が含まれる。本実施例のマイクロ流体チップ１は、３つの試料収容部１４と、１つの廃液収容部１５と、試料収容部１４と廃液収容部１５とを繋ぐ流路１６とを有する。流路１６の一端は試料収容部１４に連通し、流路１６の他端は廃液収容部１５に連通している。なお、試料収容部１４の数に限定はなく、２つ以上あればよい。
A microfluidic chip is one in which sample manipulation is performed internally. The operations include physical operations or chemical operations such as sample mixing, reaction, separation, and detection. The
例えば、図２（ａ）に示すように、３つの試料収容部１４−１，１４−２，１４−３が一列に並んでいる。実施例１では、試料収容部１４と同数の流路１６が設けられており、各流路１６−１，１６−２，１６−３は、試料収容部１４−１，１４−２，１４−３と１つの廃液収容部１５とを別々に繋いでいる。試料収容部１４−１，１４−２，１４−３および流路１６−１，１６−２，１６−３を区別する必要のない場合には、単に試料収容部１４および流路１６として説明する。
For example, as shown in FIG. 2A, three sample storage units 14-1, 14-2, 14-3 are arranged in a line. In the first embodiment, the same number of
各流路１６の途中には、流路幅が他の部分よりも狭い絞り部１７が設けられている。すなわち、本例では、１つのマイクロ流体チップ１に３つの絞り部１７が設けられている。マイクロ流体チップ１には、貫通孔１９が設けられており、廃液収容部１５と貫通孔１９とが流路１８により接続されている。
In the middle of each
上記のマイクロ流体チップ１は、例えば加工した３枚の基板１１，１２，１３を接着することにより形成される。基板１１，１２，１３は、光透過性のプラスチックあるいはガラスにより構成されていることが好ましい。光透過材料により構成されていることにより、流路１６内での発光等の反応を検出しやすくなる。基板材料としてガラスを用いる場合には、エッチングあるいはサンドブラスト法により基板を加工する。基板材料としてプラスチックを用いる場合には、射出成形により基板を加工する。基板１１，１２，１３の接着方法は基板の材料に応じて選択すればよく、ガラス基板の場合には熱接着法を用いればよい。
The
基板１２側には絞り部１７以外の流路１６となる領域に溝が形成されており、基板１３側には絞り部１７の領域に溝が形成されている。基板１３側の溝は、基板１２側の溝よりも浅く形成されている。これにより、基板１１，１２を接着すると、流路１６よりも幅の狭い絞り部１７が形成される。
Grooves are formed in the region of the
マイクロ流体チップ１には、試料収容部１４を選択的に開閉する蓋部６が設けられている。本実施例では、全ての試料収容部１４を覆う一つの蓋部６が配置されており、蓋部６には、１つの試料収容部１４に対応する開口部６ａが設けられている。この開口部６ａと重なった部位の試料収容部１４は大気圧に開放され、その他の試料収容部１４は密閉される。図２（ａ）では、真中の試料収容部１４−２に開口部６ａが重なっており、図２（ｂ）では、一番上の試料収容部１４−１に開口部６ａが重なっている様子を示している。
The
マイクロ流体チップ１には、蓋部６をスライドさせるためのレール部１０が設けられている。レール部１０は、試料収容部１４の配列に沿って設けられている。蓋部６には、レール部１０に嵌る溝が設けられている。蓋部６で覆われた部位における試料収容部１４を密閉するため、試料収容部１４の周囲にはシール材７が設けられている。例えば、各試料収容部１４の周囲にそれぞれシール材７が設けられている。上記構成により、蓋部６をスライドさせることにより、試料収容部１４の選択的な密閉が容易になる。
The
ポンプユニット２は、マイクロ流体チップ１に着脱可能に構成されており、マイクロ流体チップ１の内部を吸引して試料を送液する役割を果たす。このため、ポンプユニット２は、液体収容部２３を有するリザーバプレート２０と、リザーバプレート２０にゴムパッキン等の接続部２５を介して接続された液滴吐出ヘッド２４とを有する。液滴吐出ヘッド２４は、リザーバプレート２０に着脱可能に構成されている。
The
リザーバプレート２０には、マイクロ流体チップ１のサイズに対応した溝状の設置部２６が設けられている。設置部２６と液体収容部２３は、貫通孔２７により接続されている。貫通孔２７は、マイクロ流体チップ１の貫通孔１９に対応する位置に設けられている。貫通孔２７の周囲には、例えばＯリングからなるシール材２８が設けられている。液体収容部２３には流路２９が連通しており、流路２９と、液滴吐出ヘッド２４の流路２４ｂとが接続される。
The
リザーバプレート２０は、例えば加工した２枚の基板２１，２２を接着することにより形成される。基板２１，２２は、例えば、光透過性のプラスチックあるいはガラスにより構成されている。基板材料としてガラスを用いる場合には、エッチングあるいはサンドブラスト法を用いて基板を加工する。基板材料としてプラスチックを用いる場合には、射出成形により基板を加工する。基板２１，２２の接着方法は基板の材料に応じて選択すればよく、ガラス基板の場合には熱接着法を用いればよい。
The
液滴吐出ヘッド２４は、例えば静電駆動式あるいは圧電駆動式の液滴吐出ヘッドである。図示はしないが、静電駆動式の場合には、液滴吐出ヘッド２４は、流路２４ｂに接する振動板と、２つの電極を備える。２つの電極間に電圧を印加すると、振動板が変位して流路２４ｂ内の液体が加圧されて、液滴がノズル２４ａから吐出される。
The
上記のマイクロ流体チップ１は、ポンプユニット２の設置部２６に取り付けられる。これにより、マイクロ流体チップ１の貫通孔１９と、ポンプユニット２の貫通孔２７がシール材２８を介して接続される。
The
（マイクロ流体システム）
図３は、マイクロ流体チップ１とポンプユニット２により構成されるマイクロ流体システム３の概略断面図である。図３では、開口部６ａと重なった状態の試料収容部１４を図解している。このため、図３に示す試料収容部１４は大気圧に開放されている。
(Micro fluid system)
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a
マイクロ流体チップ１の試料収容部１４には試料４が導入される。なお、試料４以外にも、分析に必要な種々の液体が供給されてもよい。ポンプユニット２の液体収容部２３には、試料４とは別の液体５が導入される。液体５は、例えば水である。液体収容部２３から液滴吐出ヘッド２４のノズル２４ａにかけて液体５が充填されて使用される。廃液収容部１５、流路１８および貫通孔１９内には、液体は存在せず、気体が存在する。
A
上記した状態において、液滴吐出ヘッド２４を動作させと、液滴は水平方向に吐出される。ポンプユニット２の液体収容部２３の液体５が排出されると、流路１６から液体収容部２３に至る経路が負圧になる。このとき、大気圧に開放された状態にある試料収容部１４に収容された液体４は、図３（ｂ）に示すように、流路１６、絞り部１７を通り、廃液収容部１５内へ移動する。一方、蓋部６により密閉された状態にある試料収容部１４の液体４は、廃液収容部１５へ向けて移動しない。
In the above state, when the
このように液滴吐出ヘッド２４を動作させた状態においては、開口部６ａが重なった部位における試料収容部１４の液体４のみが、流路１６内を移動する。例えば、図２（ａ）に示す場合には、試料収容部１４−２内の液体４のみが流路１６−２を通って廃液収容部１５へ流れる。また、図２（ｂ）に示す場合には、試料収容部１４−１内の液体のみが流路１６−１を通って廃液収容部１５へ流れる。
In the state where the
本例では、流路１６に絞り部１７を設けて、絞り部１７の直前で目的とする反応および当該反応の検出を行う。このため、本例のマイクロ流体システム３は、３つの試料の分析を行うことができる。
In this example, the
（試料分析装置）
図４は、マイクロ流体チップ１を用いて試料の分析を行う試料分析装置１００の概略構成図である。図４では、開口部６ａと重なった状態の試料収容部１４を図解している。このため、図４に示す試料収容部１４は大気圧に開放されている。
(Sample analyzer)
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a
試料分析装置１００は、マイクロ流体システム３と、マイクロ流体システム３の流路内で生じた反応を検出する検出系とを備える。流路内の反応が蛍光色素により検出される場合には、検出系は、例えば、励起光を出射する光源１０１と、光源１０１から出射された励起光をマイクロ流体システム３へ向けて反射させるミラー１０２と、蛍光を検出するＣＣＤカメラ等からなる撮像部１０３とを有する。また、試料分析装置１００は、後述するように、マイクロ流体システム３に液体を供給する液体供給手段と、液滴吐出ヘッド２４のノズル２４ａから気体または液体を吸引する吸引手段を備える。
The
光源１０１から出射された励起光は、ミラー１０２により反射されて、絞り部１７の直前の流路１６に照射される。絞り部１７直前の流路１６内に蛍光物質が存在する場合、励起光を受けて蛍光物質から蛍光が発せられ、この蛍光が撮像部１０３により検出される。
The excitation light emitted from the
（試料分析方法）
次に、上記の試料分析装置１００による試料分析方法の一例について、図５を参照して説明する。本例では、液体供給手段としてシリンジポンプ１０４を用い、吸引手段として吸引キャップ１０５およびチューブポンプ１０６を用いる例について説明する。
(Sample analysis method)
Next, an example of a sample analysis method using the
まず、図５（ａ）に示すように、シリンジポンプ１０４によりポンプユニット２の液体収容部２３に液体５として純水を供給する。
First, as shown in FIG. 5A, pure water is supplied as the
次に、図５（ｂ）に示すように、液滴吐出ヘッド２４のノズル２４ａに吸引キャップ１０５を密着させて、チューブポンプ１０６を動作させる。これにより、液体収容部２３内の液体５は流路２９および流路２４ｂ内を移動する。液体５がノズル２４ａ先端に到達したら、吸引を終了する。吸引終了後、ノズル２４ａから吸引キャップ１０５をわずかに離間させる。
Next, as shown in FIG. 5B, the
次に、マイクロ流体チップ１をポンプユニット２に固定して、マイクロ流体システム３を形成する。続いて、試料収容部１４に、標的物質に対する抗体が表面に固定化されたビーズを含む懸濁液をピペットで供給する。３つの試料収容部１４に同じ懸濁液を供給しても、異なる懸濁液を供給してもよい。この状態で、液滴吐出ヘッド２４を動作させると、開口部６ａと重なった試料収容部１４では、液体は絞り部１７を通過して廃液収容部１５へ移動するが、ビーズは絞り部１７を通過できず、絞り部１７の直前の流路１６中に停留する。蓋部６をスライドさせることにより、上記の全ての試料収容部１４に供給された懸濁液中のビーズを、各流路１６の絞り部１７に停留させる。
Next, the
図６（ａ）は、絞り部１７の拡大断面図であり、図６（ｂ）は絞り部１７にビーズが堰き止められた様子を示す図である。
FIG. 6A is an enlarged cross-sectional view of the narrowed
抗体を固定化したビーズは、公知の方法に従って調製することができ、流路１６の流路径を１００μｍ、絞り部１７の流路幅を２０μｍ程度とした場合には、直径４０μｍ程度のビーズを用いればよい。
The antibody-immobilized beads can be prepared according to a known method. When the channel diameter of the
液滴吐出ヘッド２４の動作中において、液滴吐出ヘッド２４から吐出された液滴は、吸引キャップ１０５に吸収される。例えば、吸引キャップ１０５内にスポンジが備えられており、液滴吐出ヘッド２４から吐出された液滴はスポンジに吸収される。これにより、外部へ液滴が漏出することが防止される。また、定期的にチューブポンプ１０６を動作させることによって吸引キャップ１０５のスポンジに吸収された液体は、図示しない廃液タンクに収容される。
During the operation of the
次に、蓋部６を動作させて、１つの試料収容部１４のみ大気圧に開放し、他の試料収容部１４は密閉しておく。例えば、試料収容部１４−１のみを大気圧に開放する。そして、試料収容部１４−１に、標的物質を含む可能性のある液状の試料を供給する。そして、液滴吐出ヘッド２４を動作させると、当該試料は、試料収容部１４−１から流路１６−１へ移動し、試料中に標的物質が存在すれば、当該標的物質がビーズ表面の抗体に結合する。
Next, the
次に、試料収容部１４−１に洗浄液を供給し、液滴吐出ヘッド２４を動作させて流路１６−１内に洗浄液を導入する。これにより、非特異的に吸着した物質を洗い流し、抗体に対して特異的に吸着した標的物質のみをビーズ表面に捕捉しておくことが可能となる。
Next, the cleaning liquid is supplied to the sample storage unit 14-1, and the
次に、標的物質に親和性を有する二次抗体に蛍光物質を付して、これを溶解した液体を試料収容部１４−１に供給する。そして、液滴吐出ヘッド２４を動作させると、ビーズ表面の抗体に捕捉された標的物質に二次抗体が結合する。必要に応じて、再度洗浄液を試料収容部１４−１内に供給して、液滴吐出ヘッド２４を動作させて、非特異的な吸着物を除去するとよい。
Next, a fluorescent substance is attached to the secondary antibody having affinity for the target substance, and a liquid in which the fluorescent substance is dissolved is supplied to the sample container 14-1. When the
同様にして、蓋部６をスライドさせて、例えば試料収容部１４−２に開口部６ａを重ねる。そして、液滴吐出ヘッド２４を駆動させた状態で、試料収容部１４−２に、試料、洗浄液、蛍光標識された抗体を含む液を順に供給する。さらに、同様の操作を試料収容部１４−３に対しても行う。
Similarly, the
次に、開口部６ａをテープで塞いだ後、ポンプユニット２からマイクロ流体チップ１を取り外し、マイクロ流体チップ１の絞り部１７付近の蛍光強度を測定する。測定後のマイクロ流体チップ１は、外部に試料が漏れることなく廃棄される。
Next, after the
あるいは、マイクロ流体チップ１をポンプユニット２に取り付けた状態で、マイクロ流体チップ１の絞り部１７付近の蛍光強度を測定してもよい。この場合には、測定後、開口部６ａをテープで塞いだ後に、ポンプユニット２からマイクロ流体チップ１が取り外されて、廃棄される。
Alternatively, the fluorescence intensity near the
なお、ビーズを含む懸濁液、試料、洗浄液、蛍光標識された二次抗体を含む液の供給手順に特に限定はない。例えば、１つの試料収容部１４を用いて全ての分析手順を経た後に、他の試料収容部１４を用いてもよい。
There are no particular limitations on the procedure for supplying the suspension containing the beads, the sample, the washing solution, and the solution containing the fluorescently labeled secondary antibody. For example, after passing through all the analysis procedures using one
上記の本実施例のマイクロ流体システム３によれば、マイクロ流体チップ１と、ポンプユニット２との間に別個の部品を必要としないことから、気泡が入るという問題が生じにくくなる。また、デッドボリュームが少なくなることから、試料の量を少なくすることができる。また、マイクロ流体システム３の構造の簡素化および小型化を図ることができる。
According to the
また、マイクロ流体チップ１は、ポンプユニット２から着脱可能に構成されていることから、マイクロ流体チップの使い捨てが可能となる。この結果、コンタミネーションの影響を受けやすい低濃度の生体試料の分析等にも好適に用いることができる。
Further, since the
さらに、試料収容部１４内の試料はポンプユニット２へ流入しないことから、ポンプユニット２の汚染を防止でき、ポンプユニット２を繰り返し使用することができる。ポンプユニット２内に液体として純水のみを使用することにより、吐出液体が変わらないため、安定したポンプ動作を実現することができる。
Furthermore, since the sample in the
さらに、本実施例のマイクロ流体システム３では、１つのマイクロ流体チップ１および１つのポンプユニット２を用いて、３つの試料を分析することができる。
Furthermore, in the
上記のマイクロ流体システム３を用いた試料分析装置によれば、少ない量であっても試料を分析することができる。
According to the sample analyzer using the
図７（ａ）および（ｂ）は、実施例２のマイクロ流体システム３におけるマイクロ流体チップ１の上面図である。なお、実施例１と同様の構成要素には、同一の符号を付してあり、その説明は省略する。
FIGS. 7A and 7B are top views of the
実施例２では、各試料収容部１４−１，１４−２，１４−３に繋がれた複数の流路１６−１，１６−２，１６−３が、廃液収容部１５の手前で合流しており、合流した１本の流路１６−４が廃液収容部１５に繋がっている。合流後の流路１６−４内に、絞り部１７が設けられている。分岐した３本の流路１６−１，１６−２，１６−３は、本発明の岐路の一例である。また、３本の流路１６−１，１６−２，１６−３に繋がる１本の流路１６−４は、本発明の本路の一例である。
In Example 2, the plurality of flow paths 16-1, 16-2, 16-3 connected to the sample storage units 14-1, 14-2, 14-3 merge before the waste
実施例２では、１つのマイクロ流体チップ１は、１つの絞り部１７を備える。このため、１つのマイクロ流体チップ１により複数の試料を分析することはできないが、蓋部６をスライドさせることにより、絞り部１７に流す溶液の選択が可能となる。例えば、図７（ａ）に示す状態では、試料収容部１４−２に収容された液体のみが流路１６−４へ流れ、図７（ｂ）に示す状態では、試料収容部１４−１に収容された液体のみが流路１６−４へ流れる。
In the second embodiment, one
次に、上記のマイクロ流体システム３を用いた試料分析方法の一例について説明する。
Next, an example of a sample analysis method using the
まず、図５（ａ）に示すように、シリンジポンプ１０４によりポンプユニット２の液体収容部２３に液体５として純水を供給する。
First, as shown in FIG. 5A, pure water is supplied as the
次に、図５（ｂ）に示すように、液滴吐出ヘッド２４のノズル２４ａに吸引キャップ１０５を密着させて、チューブポンプ１０６を動作させる。これにより、液体収容部２３内の液体５は流路２９および流路２４ｂ内を移動する。液体５がノズル２４ａ先端に到達したら、吸引を終了する。吸引終了後、ノズル２４ａから吸引キャップ１０５をわずかに離間させる。
Next, as shown in FIG. 5B, the
次に、マイクロ流体チップ１をポンプユニット２に固定して、マイクロ流体システム３を形成する。続いて、いずれかの試料収容部１４に、標的物質に対する抗体が表面に固定化されたビーズを含む懸濁液をピペットで供給する。そして、液滴吐出ヘッド２４を動作させると、液体は絞り部１７を通過して廃液収容部１５へ移動するが、ビーズは絞り部１７を通過できず、絞り部１７の直前の流路１６−４中に停留する。
Next, the
液滴吐出ヘッド２４の動作中において、液滴吐出ヘッド２４から吐出された液滴は、吸引キャップ１０５に吸収される。例えば、吸引キャップ１０５内にスポンジが備えられており、液滴吐出ヘッド２４から吐出された液滴はスポンジに吸収される。これにより、外部へ液滴が漏出することが防止される。また、定期的にチューブポンプ１０６を動作させることによって吸引キャップ１０５のスポンジに吸収された液体は、図示しない廃液タンクに収容される。
During the operation of the
次に、液滴吐出ヘッド２４の動作を停止した後、各試料収容部１４に、分析に必要な試料を含む液体をピペットで供給する。例えば、試料収容部１４−１に洗浄液を供給し、試料収容部１４−２に標的物質を含む可能性のある試料を供給し、試料収容部１４−３に蛍光標識した抗体を含む液体を供給する。
Next, after the operation of the
次に、蓋部６をスライドさせて、開口部６ａを試料収容部１４−１に合わせて、液滴吐出ヘッド２４を再び動作させる。これにより、試料収容部１４−１中の試料は、流路１６−１を通って流路１６−４へ移動し、試料中に標的物質が存在すれば、当該標的物質がビーズ表面の抗体に結合する。
Next, the
次に、液滴吐出ヘッド２４を動作させたまま、蓋部６をスライドさせて、開口部６ａを試料収容部１４−２に合わせる。この結果、試料収容部１４−２中の洗浄液は、流路１６−２を通って流路１６−４へ移動する。これにより、非特異的に吸着した物質を洗い流し、抗体に対して特異的に吸着した標的物質のみをビーズ表面に捕捉しておくことが可能となる。
Next, the
次に、液滴吐出ヘッド２４を動作させたまま、蓋部６をスライドさせて、開口部６ａを試料収容部１４−３に合わせる。この結果、試料収容部１４−３中の蛍光標識された二次抗体を含む液体が、流路１６−３を通って流路１６−４へ流れるため、ビーズ表面の抗体に捕捉された標的物質に二次抗体が結合する。必要に応じて、再度、蓋部６をスライドさせて、開口部６ａを試料収容部１４−２に合わせて、洗浄液を流路１６−４に供給する。
Next, the
次に、開口部６ａをテープで塞いだ後、ポンプユニット２からマイクロ流体チップ１を取り外し、マイクロ流体チップ１の絞り部１７付近の蛍光強度を測定する。測定後のマイクロ流体チップ１は、外部に試料が漏れることなく廃棄される。
Next, after the
あるいは、マイクロ流体チップ１をポンプユニット２に取り付けた状態で、マイクロ流体チップ１の絞り部１７付近の蛍光強度を測定してもよい。この場合には、測定後、開口部６ａをテープで塞いだ後に、ポンプユニット２からマイクロ流体チップ１が取り外されて、廃棄される。
Alternatively, the fluorescence intensity near the
上記の本実施例のマイクロ流体システム３によれば、マイクロ流体チップ１と、ポンプユニット２との間に別個の部品を必要としないことから、気泡が入るという問題が生じにくくなる。また、デッドボリュームが少なくなることから、試料の量を少なくすることができる。また、マイクロ流体システム３の構造の簡素化および小型化を図ることができる。
According to the
また、マイクロ流体チップ１は、ポンプユニット２から着脱可能に構成されていることから、マイクロ流体チップの使い捨てが可能となる。この結果、コンタミネーションの影響を受けやすい低濃度の生体試料の分析等にも好適に用いることができる。
Further, since the
さらに、試料収容部１４内の試料はポンプユニット２へ流入しないことから、ポンプユニット２の汚染を防止でき、ポンプユニット２を繰り返し使用することができる。ポンプユニット２内に液体として純水のみを使用することにより、吐出液体が変わらないため、安定したポンプ動作を実現することができる。
Furthermore, since the sample in the
上記のマイクロ流体システム３によれば、蓋部６で選択的に特定の試料収容部１４を大気圧に開放することにより、切り替えバルブ等を用いることなく、所望の液体を流路１６−４に流すことができる。切り替えバルブを使用しないため、操作が簡単となり、デッドボリュームをさらに小さくすることができる。
According to the
図８は、実施例３のマイクロ流体システム３におけるマイクロ流体チップ１の上面図である。なお、実施例１、２と同様の構成要素には、同一の符号を付してあり、その説明は省略する。図８では、実施例２の流路を示しているが、実施例１に示した流路を採用してもよい。
FIG. 8 is a top view of the
実施例３では、蓋部６は、試料収容部１４−１，１４−２，１４−３毎に配置されている。各蓋部６は、試料収容部１４を選択的に開閉する。例えば、蓋部６の下部には、図中試料収容部１４の配列方向に対して直交する方向（図中、左右方向）にレールが配置されている。これにより、蓋部６を左右にスライドさせることにより、試料収容部１４の開閉動作がなされる。ただし、スライド以外の開閉動作を採用してもよい。
In Example 3, the
上記したマイクロ流体システム３によれば、実施例１と同様の効果を奏することができる。
According to the
図９は、実施例４のマイクロ流体チップ１を説明するための図であり、（ａ）はその上面図、（ｂ）は断面図である。なお、実施例１〜３と同様の構成要素には、同一の符号を付してあり、その説明は省略する。
9A and 9B are diagrams for explaining the
図９（ａ）に示すように、実施例４では、蓋部６は円盤状の部材により構成されており、１つの試料収容部１４に対応する開口部６ａを備える。図９（ｂ）に示すように、蓋部６の中心には回転軸８が設けられており、回転軸８を中心として蓋部６は回転可能に構成されている。蓋部６で覆われた部位における試料収容部１４を密閉するため、試料収容部１４の周囲にそれぞれシール材７が設けられている。
As shown in FIG. 9A, in Example 4, the
図９（ａ）に示すように、試料収容部１４は、蓋部６の内側において蓋部６の円周に沿って配置されている。本例では、５つの試料収容部１４が配置されている例を示すが、その数に限定はない。各試料収容部１４に連通する流路（枝路）１６ａが、試料収容部１４と同数だけ設けられている。流路１６ａは、廃液収容部１５の手前で合流しており、合流した１本の流路（本路）１６ｂが廃液収容部１５に繋がっている。合流後の流路１６ｂ内に、絞り部１７が設けられている。ただし、流路１６の構成については、実施例１と同様に、各試料収容部１４と廃液収容部１５とを別々に連通する構成であってもよい。
As shown in FIG. 9A, the
実施例４では、蓋部６を回転させることにより、試料収容部１４の開閉動作が可能となる。実施例１のように１つの蓋部６をスライドさせる場合には、試料収容部１４の数だけスライド幅が大きくなり、マイクロ流体チップ１の周囲に蓋部６を移動させるためのスペースが必要となる。これに対して、蓋部６を回転させる場合には、マイクロ流体チップ１の周囲に蓋部６の移動のためのスペースを設ける必要がないという利点がある。
In the fourth embodiment, the
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。例えば、実施例１〜４で例示した流路に限定されず、所望の化学操作を実現するために、種々の流路構成を採用することができる。また、上記の試料分析方法では、抗体を固定化したビーズを用いたが、本発明に係るマイクロ流体システムによれば、抗原抗体反応に限られず、標的物質に親和性を有する物質を用いて、核酸同士のハイブリダイゼーション、酵素基質反応、各種レセプターとリガンドの反応等、種々の反応を検出することが可能である。また、検出も蛍光に限らず、各種の反応による変色・発光反応等を検出してもよい。検出する反応に応じて、本発明に係る試料分析装置の検出系も適宜変更することが可能である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
The present invention is not limited to the description of the above embodiment. For example, the present invention is not limited to the flow paths exemplified in Examples 1 to 4, and various flow path configurations can be employed to realize a desired chemical operation. Moreover, in the sample analysis method described above, beads with immobilized antibodies are used, but the microfluidic system according to the present invention is not limited to antigen-antibody reaction, and uses a substance having affinity for a target substance, It is possible to detect various reactions such as hybridization between nucleic acids, enzyme substrate reaction, reaction of various receptors and ligands. Further, the detection is not limited to fluorescence, and a color change / luminescence reaction due to various reactions may be detected. Depending on the reaction to be detected, the detection system of the sample analyzer according to the present invention can be appropriately changed.
In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
１…マイクロ流体チップ、２…ポンプユニット、３…マイクロ流体システム、４…液体、５…液体、６…蓋部、６ａ…開口部、７…シール材、８…回転軸、１０…レール部、１１，１２，１３…基板、１４，１４−１，１４−２，１４−３…試料収容部、１５…廃液収容部、１６，１６−１，１６−２，１６−３，１６−４，１６ａ，１６ｂ…流路、１７…絞り部、１８…流路、１９…貫通孔、２０…リザーバプレート、２１，２２…基板、２３…液体収容部、２４…液滴吐出ヘッド、２４ａ…ノズル、２４ｂ…流路、２５…接続部、２６…設置部、２７…貫通孔、２８…シール材、２９…流路、１００…試料分析装置、１０１…光源、１０２…ミラー、１０３…撮像部、１０４…シリンジポンプ、１０５…吸引キャップ、１０６…チューブポンプ
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記マイクロ流体チップに着脱可能に構成され、液滴を吐出することにより前記マイクロ流体チップの前記流路内に負圧を発生させて前記試料を送液するポンプユニットとを有し、
前記マイクロ流体チップは、
前記試料が供給される複数の試料収容部と、
使用された前記試料を収容する１つの廃液収容部と、
複数の前記試料収容部と前記廃液収容部とを繋ぐ前記流路と、
前記試料収容部を選択的に開閉して、前記ポンプユニットにより送液される前記試料を選択する蓋部と
を有するマイクロ流体システム。 A microfluidic chip having a flow path inside which a sample is operated;
A pump unit configured to be attachable to and detachable from the microfluidic chip and generating a negative pressure in the flow path of the microfluidic chip by discharging droplets,
The microfluidic chip is:
A plurality of sample containers to which the sample is supplied;
One waste liquid storage section for storing the used sample;
The flow path connecting a plurality of the sample container and the waste liquid container;
A microfluidic system comprising: a lid that selectively opens and closes the sample container and selects the sample to be fed by the pump unit.
前記蓋部をスライドまたは回転させて、前記開口部を前記試料収容部に重ねることにより、前記試料収容部が選択的に開閉される
請求項１記載のマイクロ流体システム。 The lid portion covers a plurality of the sample storage portions, and includes an opening corresponding to one of the sample storage portions,
2. The microfluidic system according to claim 1, wherein the sample container is selectively opened and closed by sliding or rotating the lid and overlapping the opening with the sample container.
請求項１記載のマイクロ流体システム。 The microfluidic system according to claim 1, wherein a plurality of the lid portions are provided corresponding to each sample storage portion.
請求項１記載のマイクロ流体システム。 2. The microfluidic system according to claim 1, wherein a plurality of the flow paths are provided, and each flow path separately connects a plurality of the sample storage units and one of the waste liquid storage units.
請求項４記載のマイクロ流体システム。 The microfluidic system according to claim 4, wherein a throttle portion having a narrower channel width than other portions is provided in the middle of each channel.
各試料収容部に一端が繋がれた複数の枝路と、
複数の前記枝路の他端と、前記廃液収容部とを接続する１本の本路と
を有する請求項１記載のマイクロ流体システム。 The flow path is
A plurality of branches with one end connected to each sample container;
The microfluidic system according to claim 1, further comprising: one main path connecting the other end of the plurality of branch paths and the waste liquid storage unit.
請求項６記載のマイクロ流体システム。 The microfluidic system according to claim 6, wherein a throttle portion having a narrower channel width than other portions is provided in the middle of the main path.
請求項１記載のマイクロ流体システム。 The microfluidic system according to claim 1, wherein the microfluidic chip is made of a light transmitting material.
前記廃液収容部に接続され、前記試料とは異なる液体を収容する液体収容部と、
前記液体収容部内の前記液体を吐出する液滴吐出ヘッドと
を有する請求項１記載のマイクロ流体システム。 The pump unit is
A liquid storage unit connected to the waste liquid storage unit for storing a liquid different from the sample;
The microfluidic system according to claim 1, further comprising: a droplet discharge head that discharges the liquid in the liquid storage unit.
前記試料が供給される複数の試料収容部と、
使用された前記試料を収容する１つの廃液収容部と、
複数の前記試料収容部と前記廃液収容部とを繋ぐ前記流路と、
前記試料収容部を選択的に開閉して、送液される前記試料を選択する蓋部と
を有するマイクロ流体チップ。 A microfluidic chip that has a flow path inside which a sample is operated, and generates a negative pressure in the flow path by discharging droplets, thereby feeding the sample.
A plurality of sample containers to which the sample is supplied;
One waste liquid storage section for storing the used sample;
The flow path connecting a plurality of the sample container and the waste liquid container;
A microfluidic chip comprising: a lid that selectively opens and closes the sample storage unit and selects the sample to be fed.
前記マイクロ流体チップの内部で生じた反応を検出する検出系と
を有し、
前記マイクロ流体チップは、
前記試料が供給される複数の試料収容部と、
使用された前記試料を収容する１つの廃液収容部と、
複数の前記試料収容部と前記廃液収容部とを繋ぐ前記流路と、
前記試料収容部を選択的に開閉して、前記ポンプユニットにより送液される前記試料を選択する蓋部と
を有する試料分析装置。 A microfluidic chip having a channel in which a sample is operated and a microfluidic chip configured to be detachable from the microfluidic chip, and generating a negative pressure in the channel of the microfluidic chip by discharging a droplet A microfluidic system having a pump unit for feeding the sample,
A detection system for detecting a reaction generated inside the microfluidic chip,
The microfluidic chip is:
A plurality of sample containers to which the sample is supplied;
One waste liquid storage section for storing the used sample;
The flow path connecting a plurality of the sample container and the waste liquid container;
And a lid for selecting the sample to be fed by the pump unit by selectively opening and closing the sample container.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006335547A JP2007298496A (en) | 2006-04-03 | 2006-12-13 | Microfluid system, microfluid chip, and sample analysis apparatus |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009171933A (en) * | 2008-01-28 | 2009-08-06 | Seiko Epson Corp | Chip for biological specimen reaction, and method for biological specimen reaction |
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2006
- 2006-12-13 JP JP2006335547A patent/JP2007298496A/en active Pending
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